27 września 2005 roku został wyznaczony przez Jarosława Kaczyńskiego jako kandydat PiS na stanowisko premiera po zwycięskich dla tej partii wyborach parlamentarnych.

19 października został desygnowany, a 31 października zaprzysiężony na funkcję premiera przez Prezydenta RP Aleksandra Kwaśniewskiego. 10 listopada jego rząd uzyskał w Sejmie wotum zaufania.

7 lipca 2006 Kazimierz Marcinkiewicz poinformował Komitet Polityczny PiS o zamiarze podania się do dymisji. Komitet Polityczny PiS zarekomendował Jarosława Kaczyńskiego na stanowisko prezesa Rady Ministrów. 10 lipca prezydent przyjął dymisję jego gabinetu, natomiast obowiązki Prezesa Rady Ministrów pełnił do 14 lipca tego roku.

Kolejnym wydarzeniem politycznym w życiu Kazimierza Marcinkiewicza było nominowanie przez premiera Jarosława Kaczyńskiego na pełnienie funkcji Prezydenta miasta Warszawy. Urząd ten objął dokładnie 20 lipca, zastępując Mirosława Kochalskiego.

W wyborach samorządowych na prezydenta Warszawy w 2006 roku przegrał w II turze wyborów z Hanną Gronkiewicz-Waltz z PO. Przekazanie nowej władzy nastąpiło 2 grudnia 2006 roku.

W książce Kulisy Władzy, która jest wywiadem rzeką z Kazimierzem Marcinkiewiczem, polityk szczerze szczerze ujawnia szereg ważnych wydarzeń politycznych w Polsce.